硫元素是生态系统内继氮、磷、钾后第四位主要营养元素，在植物生长发育方面发挥着非常重要的作用。土壤中有效态硫既可源于生物地球化学过程又可源于地球化学循环过程。在全球气候变化背景下，陆地生态系统生物地球化学过程与地球化学循环过程的权衡关系势必会发生变化，影响土壤硫分布格局及其与碳、氮的关系，进而影响生态系统的结构与功能。然而，以往研究主要集中于碳、氮循环方面研究，生态系统硫循环及其与环境关系方面研究尚显薄弱。
基于此，我所雒文涛博士等通过合作研究，依托我国北方草地样带调查，重点分析气候变化对土壤硫元素分布格局及其与碳、氮关系的影响，并着力阐明其内在过程与机制。研究发现：在干旱度指数（AI）=0.91时（年均降水MAP=90 mm），土壤有效硫空间格局及其与碳、氮关系反生了明显的变化。1）在较湿润地区（AI<0.91）：随AI增加，土壤有效硫含量逐渐降低，土壤有效硫含量与碳、氮含量呈显著正相关关系。此时，有效硫含量与酶活性和微生物活性呈显著正相关，证明该过程主要受生物地球化学过程调控；2）在较干旱地区（AI>0.91）：随AI的增加，土壤有效硫含量反而升高，土壤有效硫含量与碳、氮含量失去相关关系。此时，有效硫含量与土壤酶活性和微生物活性都没有相关性，证明此时该过程主要受地球化学过程调控。本研究首次揭示了中国北方干旱和半干旱草原生态系统硫循环的影响机制，提出AI=0.91（MAP=90 mm）为该区域硫循环的分界值，在此分界两侧硫循环具有不同的影响机制。这种非线性关系为生物地球化学元素循环模型的建立提供了新的思路。以上研究成果发表在Biogeochemistry杂志上。
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图1 不同区域内有效硫含量与干旱度指数之间的关系
图2 干旱对碳氮硫生物地球化学循环影响的理论模型
